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자동차용 증발기 판 내의 증발 열전달 및 유동 특성에 관한 실험적 연구
An Experimental Study on In-Plate Evaporation Heat Transfer and Flow Characteristics for Automobile 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.15 no.2, 2007년, pp.95 - 100  

곽경민 (영남대학교 기계공학부) ,  주상우 (영남대학교 기계공학부) ,  정우열 (한라공조(주)) ,  김택근 (한라공조(주)) ,  김광일 (한라공조(주))

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

An experimental study was performed to evaluate the in-plate evaporation heat transfer and flow characteristics of a evaporator used in automobile. Two test-cores with different heat transfer area, bead-shape and bead-array were tested, A type and B type. For the heat transfer, Nusselt number for B ...

주제어

#열전달 계수   #유동 가시화   #판   #증발기  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 실험 장치에서 냉매회로는 크게 냉매를 순환하는 기어펌프, 냉매를 응축시키기 위한 예 응축기(pre-condenser), 시험부 입구로 유입되는 냉매의 건도(quality)를 조절하는 예 증발기(pre-evaporator), 시험부(test-core, 판), 시험부로 빠져 나온 냉매를 기어 펌프에 액상으로 유입시키기 위해 설치된 후 응축기(after-condenser)로 구성되어 있다. 본 연구에서는 증발기에서의 열전달 성능 평가를 목적으로 하기 때문에 증발기 입구 압력과 유량 및 건도를 실제 운전 조건과 동일하게 유지시켜주면 된다. 일반적으로 자동차용 냉동사이클에서 압축기를 사용하는 증기 압축식 냉동 사이클로 구성되지만, 본 연구에서는 증발기 판의 냉매 입구 조건을 동일하게 유지하고 실험의 용이성을 위하여 압축기 대신에 기어 펌프를 사용한 것이 특징이다.
  • 냉매 측인 판 내의 열전달은 상변화 과정을 수반하게 되며 실제 증발기 판의 경우, 전체 냉매 유량에서 각 한 쌍의 판 내에 유입되는 냉매 유량은 냉매 회로(pass) 수에 의해 달라지며, 따라서 각 판 내의 열전달 특성은 냉매 회로 구조에 따라서도 다를 수 있는 구조이다. 본 연구에서는 한 쌍의 판을 대상으로 하여 대류 열전달 계수를 측정하고 열전달 성능을 평가하였다. 또한 판 내에 흐르는 냉매의 유동 특성을 파악하기 위하여 별도로 제작한 시험부에서 유동 가시화 실험을 수행하였다.
  • 핀에 대한 선행 연구는 자동차에 사용되는 응축기 등을 비롯하여 부분적으로 이루어지고 있지만(1~4) 증발기 판에 대한 연구는 국내의 경우 거의 전무한 실정이다. 이에 본 연구에서는 자동차용 증발기 개발의 기초 설계 자료를 확보하기 위하여 현재 사용되고 있는 증발기 판을 대상으로 하여 냉매 측의 열전달 특성과 유동 특성을 실험적으로 평가하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현재 국내에서 적용되고 있느 증발기는 어떻게 구성되어 있는가? 최근의 자동차 공조 분야는 자동차 부품 산업이 갖는 역동적인 산업 특성과 마찬가지로 개발 경향이 점점 소형화 및 고효율화 추세에 있으며, 특히 냉동사이클을 구성하는 자동차 에어컨에 사용되는 열교환기에서 증발기는 차량 내의 냉방 성능에 직접적인 영향을 미치는 핵심 부품으로서 관련 공조업계를 중심으로 고효율 증발기의 개발에 박차를 가하고 있다. 증발기는 공기와 냉매와의 열전달 촉진 정도에 의해 그 성능이 달라지며, 현재 국내에서 적용되고 있는 증발기는 공기 측에는 루버 핀(louver-fin)과 냉매 측에는 냉매 유로에 작은 비드(bead)형상이 가공된 판(plate)으로 크게 구성되어 있다. 이 때, 루버 핀은 핀의 높이, 핀 피치, 루버 각도, 루버 피치 등 다양한 형상 인자의 조합에 의해 핀 성능이 결정되며, 판은 열전달 면적, 비드의 배치 및 비드 형상 등에 의해 냉매 열전달에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
루버 핀의 핀 성능은 무엇에 의해 결정되는가? 증발기는 공기와 냉매와의 열전달 촉진 정도에 의해 그 성능이 달라지며, 현재 국내에서 적용되고 있는 증발기는 공기 측에는 루버 핀(louver-fin)과 냉매 측에는 냉매 유로에 작은 비드(bead)형상이 가공된 판(plate)으로 크게 구성되어 있다. 이 때, 루버 핀은 핀의 높이, 핀 피치, 루버 각도, 루버 피치 등 다양한 형상 인자의 조합에 의해 핀 성능이 결정되며, 판은 열전달 면적, 비드의 배치 및 비드 형상 등에 의해 냉매 열전달에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 관련 공조업계의 대부분의 경우 증발기의 성능평가는 핀과 판이 조합된 하나의 단품에 대하여 증발 성능을 평가하고 있긴 하지만 핀과 판의 개별적인 성능을 평가하고 있지 못한 실정이며, 또한 관련 공조업계의 기술 공개에 대한 강한 거부감 및 경험적인 연구의 한계성으로 증발기 개발에 대한 체계적인 연구는 아직까지 부족한 실정이다.
자동차용 증발기에서 한 쌍으로 구성된 판을 대상으로 판 내의 열전달 실험과 유동 특성을 평가한 결과 어떤 결론을 얻었는가? 1) 현재 자동차용 증발기에 사용되고 있는 증발기의 2 종류를 대상으로 하여 증발기 판 내의 무차원 상변화 열전달 상관식을 제시하였으며, 두 시험부의 등가 레이놀즈 수에 대한 무차원 증발 열전달 특성은 거의 유사하였다. 2) 냉매 유량이 일정할 경우, 건도가 커질수록 B형 시험부의 hA는 A형 시험부의 hA에 비해 더욱 증가하였다. 3) 유동가시화 관측을 통하여 U자형 냉매 유로 구조를 가지는 두 시험부에서는 액상 냉매가 판 내에서 재순환되는 영역이 존재하였으며, 현재보다 냉매 측의 열전달 성능 증가와 냉매 압력 강하를 감소시키기 위해서는 이에 대한 추가 연구가 필요하다고 사료된다. 4) 본 연구 결과는 자동차 증발기 판 내의 열전달과 유동 특성을 제시함으로서 향후 고효율 증발기판 설계에 유용한 자료로 활용될 것으로 생각된다.
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참고문헌 (5)

  1. S. H. Lee and J. W. Park, 'A Study on Prediction Method of Vehicle Cooling Performance with A/C Condenser,' Transactions of KSAE, Vol.10, No.3, pp.51-60, 2002 

  2. T. W. Lim and J. U. Park, 'A Study on Pressure Drop Characteristics of Refrigerant in Heat Exchanger for Automobile,' Transactions of KSAE, Vol.11, No.2, pp.119-125, 2003 

  3. K. H. Kim, J. S. Jang and J. I. Park, 'Development on the Sub-Cooled Hybrid Condenser in Automotive Air-Conditioning System,' Transactions of KSAE, Vol.11, No.5, pp.70-76, 2003 

  4. K. Kwak and H. Lee, 'Characteristics of Fin-Side Heat-Transfer and Pressure Drop in a Condenser for Automobile,' Transactions of KSAE, Vol.12, No.3, pp.152-158, 2004 

  5. NIST Standard Reference Database 6.01, 'NIST Thermodynamic Properties of Refrigerant and Refrigerant Mixtures Database (REFPROP),' 1998 

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